第五章门式刚架轻型钢结构

1第五章2第五章轻型门式刚架钢结构§5.0概述§5.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置§5.2变截面门式刚架的内力分析和变形计算§5.3变截面梁、柱构件的设计特点§5.4端板节点设计特点§5.5变截面单跨门式构件设计例题35.0概述轻型钢结构—系指由圆钢或小角钢（L45×4或L56×36×4）组成的钢结构（不采用圆钢，有个别次要杆件采用小角钢的仍属普通钢结构）。—轻型钢结构主要用于跨度L≤18m、吊车起重量Q≤5t的无高温、高湿和侵蚀环境的厂房以及一些采用轻型屋面材料（石棉瓦、瓦楞铁、压型板或其它轻质材料）的不重要的或临时建筑的屋盖结构中。—主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5工作级桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构的设计、制作和安装。45.0概述特点1质量轻2工厂化程度高，施工速度快3综合经济效益好4柱网布置灵活应用L=9m—36mH=4.5m—9m吊车吨位20t55.0概述1质量轻10–30kg/m21）屋面、墙面为轻质材料2）檩条、墙架均为冷弯型钢3）门式刚架为独特的变断面原因65.0概述1质量轻75.0概述2工厂化程度高，施工速度快85.0概述3综合经济效益好1）设计、制作周期短2）质量轻，基础小3）适合工厂化生产4柱网布置灵活柱网两方向尺寸可根据需要任意确定9应用1）我国门式刚架结构的应用开始于20世纪80年代2）20多年来，由于其独特的优点，得到了非常广泛的应用3）很多国外技术或公司直接进入中国争夺市场4）L=9m—36mH=4.5m—9m吊车吨位20t5）应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。5.0概述10门式刚架轻型钢结构5.0概述11门式刚架轻型钢结构5.0概述12门式刚架轻型钢结构5.0概述13冷弯薄壁型钢结构5.0概述14冷弯薄壁型钢结构5.0概述155.0概述16其它应用：停车场、机库、展览厅、体育建筑等5.0概述17其它应用：停车场、机库、展览厅、体育建筑等5.0概述其它应用：停车场、机库、展览厅、体育建筑等5.0概述其它应用：停车场、机库、展览厅、体育建筑等5.0概述20其它应用：停车场、机库、展览厅、体育建筑等5.0概述://概述22应用98年编制设计规程，2002年修订5.0概述235.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置单层轻型钢结构房屋的组成245.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置255.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置265.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成主要承重骨架－门式刚架檩条、墙梁－冷弯薄壁型钢支撑－屋面支撑、柱间支撑屋面、墙面－压型金属板、彩钢夹芯板屋面及墙面保温芯材－聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等275.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架结构性能：1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。285.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架结构性能：2.门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可以节省材料。295.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架结构性能：2.门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可以节省材料。3.组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、安装的要求高。4.构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。305.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架的形式门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素315.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架的形式325.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架的形式335.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架的细部构造345.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架的细部构造355.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架的支撑－整个结构的纵向稳定是靠支撑系统来保证。传力线路：（横向水平支撑）纵向抗风支撑柱间支撑基础屋面水平支撑：跨度较小（18m），张紧交叉圆钢；跨度较大，角钢或其它型钢。“蒙皮效应”—利用屋面板和墙板的平面内刚度来提高结构的整体抗侧刚度。365.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成门式刚架的支撑刚架横梁的自身稳定性：上翼缘：由檩条和压型钢板蒙皮效应保证；下翼缘：角钢斜撑（隅撑）保证。无动力荷载时，可不设纵向水平支撑。柱间支撑：设在柱列中部，同一般结构。375.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的组成墙板和屋面板彩色钢卷板385.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的布置门式刚架的尺寸1.门式刚架的跨度应取横向刚架柱轴线间的距离，宜为9~36m，以3m为模数，必要时也可采用非模数跨度。边柱的截面高度不相等时其外侧应对齐。2.门式刚架的高度应根据使用要求的室内净高确定，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点之间的高度。无吊车房屋门式钢架高度宜取4.5~9m；有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定，一般宜为9~12m。3.门式刚架的间距即柱网轴线在纵向的距离宜为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m。门式刚架跨度较小时可用4.5m。合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素。395.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的布置门式刚架的尺寸404.门式刚架的高、宽、长⑴门式刚架轻型房屋的檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度。⑵门式刚架轻型房屋的最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度。⑶门式刚架轻型房屋的宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。⑷门式刚架轻型房屋的长度，应取房屋两端山墙墙梁外皮之间的距离。5.柱的轴线可取通过柱下端（截面小端）截面中心的竖向轴线；工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮；斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。5.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的布置门式刚架的尺寸415.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的布置1.柱网布置2.平面布置⑴温度区段长度门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距）应符合下列规定：纵向温度区段不大于300m，横向温度区段不大于150m。当有计算依据时，温度区段长度可适当加大。⑵当需要设置温度缝（伸缩缝）时。可采用两种作法：①习惯上采用双柱较多。②在檩条端部的螺栓连接处在纵向采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩或设置双柱。吊车梁与柱的连接处也沿纵向采用长圆孔。42⑶在多跨刚架局部抽掉中柱或边柱处，可布置托梁或托架。⑷屋面檩条的形式和布置,应考虑天窗、通风口、采光带、屋面材料和檩条供货等因素的影响；屋面压型钢板的板型与檩条间距和屋面荷载有关。⑸山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙梁及支撑组成的山墙墙架或采用门式刚架。3.墙架布置⑴门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐等构件和维护材料的要求。⑵门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，当采用压型钢板作维护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格确定。⑶门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度不高于6度时，可采用轻型钢墙板或砌体；当抗震设防烈度为7度、8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。5.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的布置434.支撑布置(1)在每个温度区段(纵向温度区段长度不大于300m)或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。(2)在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向水平支撑，以组成几何不变的支撑体系。(3)端部支撑宜设在温度区间端部的第二个开间，在第一开间的相应位置宜设置刚性水平系杆。(4)柱间支撑的间距应根据安装条件确定，无吊车时宜取30m～45m，当有吊车时宜设在温度区段的中部，且间距不应大于60m，否则需加设。⑸在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。刚性系杆可由檩条兼任。⑹门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在30°～60°范围内。当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。5.1门式刚架轻型钢结构的组成及布置5.1.1门式刚架轻型钢结构的布置445.2变截面门式刚架的内力分析与计算5.2.1门式刚架的计算简图45荷载计算的依据：《建筑结构荷载规范》GB50009-2001；《钢结构设计规范》GB50017-2003；《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102∶2002；《钢结构设计手册》采用。5.2变截面门式刚架的内力分析与计算5.2.2门式刚架的荷载（作用）计算46一、屋面荷载1.作用在屋面结构上的荷载有：⑴永久荷载包括屋面、屋架和天窗架等结构重量，以及作用于屋架节点上的设备，管道自重等。⑵可变荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载等。⑶偶然荷载其他意外事故产生的荷载。5.2变截面门式刚架的内力分析与计算5.2.2门式刚架的荷载（作用）计算472.屋面均布活荷载⑴不上人屋面屋面均布活荷载标准值（按水平投影面积计算）一般为0.5kN/m2，（不与雪荷载同时考虑），而在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102∶2002中补充定义了对支承轻型屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），受荷水平投影面积超过60m2时，屋面竖向均布活荷载标准值应取不小于0.3kN/m2。⑵上人屋面按使用要求确定，但不得小于2.0kN/m2。5.2变截面门式刚架的内力分析与计算5.2.2门式刚架的荷载（作用）计算483.施工或检修荷载设计屋面板和檩条时应考虑施工或检修集中荷载，其标准值取1.0kN。当施工荷载有可能超过上述荷载时，应按实际情况采用，或加腋梁、支撑等临时设施承受。4.雪荷载、积灰荷载雪荷载和积灰荷载的标准值按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定采用外，并对屋面和檩条应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内以及高低跨相接处的荷载增大系数。5.2变截面门式刚架的内力分析与计算5.2.2门式刚架的荷载（作用）计算49二、吊车荷载1.吊车竖向荷载吊车竖向荷载应根据最不利的情况来确定，即当吊车主起吊的重量达到最大，而且小车位于桥架一端的极限位置时，在靠近小车的一端轮压为，而另一端的轮压为，此二者同时产生。maxPminPiiyPR作用于柱上的吊车竖向荷载标准值，应按下式计算：式中:吊车的最大轮压或最小轮压对柱子的反力影响线iPmaxPminPiy5.2变截面门式刚架的内力分析与计算5.2.2门式刚架的荷载（作用）计算50计算吊车的竖向荷载时，不考虑动力系数。计算吊车竖向荷载时，应按实际使用的吊车台数